[发明专利]果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统及方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及有机废弃物处理领域，尤其涉及一种果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统及方法。

[背景技术]

果蔬废弃物是指在日常生活和农业生产过程中产生的水果和蔬菜类废弃物。果蔬垃圾占水果蔬菜总产量的25％～30％，每年约产生1亿吨的果蔬垃圾，除了遗弃在田间地头的部分，其余大部分以市场垃圾的形式流入到城市生活垃圾中，该部分占城市生活垃圾总量的20％左右。果蔬垃圾具有如下特点：1)含水率和有机质含量高，含水率为81％～92％，总挥发固体含量占总固体的80％以上，其中包括15％～25％的可溶性糖类和淀粉，30～40％的粗纤维(含纤维素10％～15％、半纤维素8％～13％、木质素5～10％)，粗蛋白8％～15％，粗脂肪3％～6％；2)营养成分高，以干基计算含氮量在3％～4％，总磷含量为0.3％～0.5％，钾含量为1.8％～5.3％，其营养成分与常用的天然有机肥料相当；3)无毒性物质，正常种植的果蔬废弃物除了部分发生病虫害的水果和蔬菜组织之外，不含其他的有毒有害物；4)产生源相对集中，主要集中产生在城镇农贸市场、果蔬中转运输站、蔬菜加工交易场所等地，不易和其它生活垃圾混合，可以实现单独收集处理利用，降低分选成本。以上特点决定了对果蔬垃圾处理的针对性(针对特定场所的果蔬废弃物单独手机处理)、能源性(利用碳、氢等能源元素)、资源性(利用氮、磷、钾等肥料元素)、生物处理适宜性(较高的含水率和可发酵有机质含量适宜厌氧消化产沼气生物处理)。

目前，关于果蔬废弃物厌氧消化产沼气的研究，主要针对传统单相混合厌氧消化存在的容易酸化、处理效率低等问题，集中在水解酸化—产甲烷两相厌氧消化。例如，公开专利(CN 102703515 A)公开了一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法，将果蔬垃圾首先进行酸化并伴随高效挤压过程，实现固液分离，然后对固态和液态产物分别处理。固态残渣经过二次强化酸化后和液态酸化产物一起进入高效厌氧消化产甲烷反应器，同时甲烷化反应器的出水作为回流液循环于固态残渣二次强化水解酸化反应器中，加速水解酸化反应。该发明实现了废弃物的高效转化，甲烷化反应器中的出水泵入二次强化酸化反应器中循环利用。该两相厌氧消化工艺在稳定性和处理效率方面有显著的提高。然而，该工艺也存在一定的不足：1)水解酸化液在进入甲烷化反应器之前由于pH值较低，需要添加大量的碱调节pH值至7.0～8.0；2)固体残渣二次强化酸化采用微好氧工艺，好氧工艺的显著弱点就是消耗有机碳，而且工艺需要曝气，能耗相对较高，降低总的原料甲烷产率；3)该工艺缺乏对固体残渣的最终资源化利用。

[发明内容]

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统，将沼气发电余热与厌氧发酵增温保温、固体残渣强化水解处理、固体残渣高温干发酵、以及发酵残渣烘干之类固体有机肥联系起来，提高果蔬废弃物综合能源和资源利用效率。

本发明的技术方案如下：

一种果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统，包括依次连通的预处理装置、调质预热池、第一挤压固液分离机、水热反应器、高温干发酵仓、第二挤压固液分离机、烘干机；还包括中温厌氧消化池、沼气净化器、沼气发电机组及第一换热装置；所述第一挤压固液分离机和第二挤压固液分离机的液体输出口与所述中温厌氧消化池的输入口连通；所述中温厌氧消化池中产生的沼气输出至沼气净化器净化后输入沼气发电机组；所述第一换热装置设于所述沼气发电机组的冷却设备和所述调质预热池之间；

果蔬废弃物经过所述预处理装置分拣、除杂、破碎后置于所述调质预热池调节固体浓度和温度，调质预热后采用所述第一挤压固液分离机进行固液分离，分别得到汁液和固渣，将固渣置于所述水热反应器进行高温强化水解处理，水热处理后将其放入所述高温干发酵仓进行厌氧发酵产沼气，发酵完的剩余物通过第二挤压固液分离机进行固液分离分别得到残液和残渣，残渣采用所述烘干机进行烘干处理获得固体有机肥，残液和所述汁液通入所述中温厌氧消化池进行厌氧发酵产沼气，所述中温厌氧消化池产生的沼气经所述沼气净化器净化后通入沼气发电机组发电；同时通过所述第一换热装置回收沼气发电机组的冷却热量并为所述调质预热池增温。

本发明还公开了一种果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统的利用方法，包括步骤：

果蔬废弃物经过所述预处理装置分拣、除杂、破碎后置于所述调质预热池调节固体浓度和温度；